移動通信原理西交大

2.5抗衰落技術(shù)現(xiàn)代移動通信BTS總體方案設(shè)計報告AbisA接口MSBSSOMC-R操作維護中心BSC基站控制器MSC移動交換中心BTS基站收發(fā)信機BTS基站收發(fā)信機BTS基站收發(fā)信機MSMSUm通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：分集技術(shù)交織編碼均衡技術(shù)Rake接收技術(shù)2.5抗衰落技術(shù)克服衰落本次課教學(xué)目的：1、理解均衡器的均衡原理2、掌握均衡算法3、理解均衡器的實現(xiàn)方法4、掌握自適應(yīng)均衡的結(jié)構(gòu)、工作方式、和各算法的性能指標(biāo)2.5抗衰落技術(shù)基本概念(BasicConcepts)

均衡本質(zhì)：產(chǎn)生與信道相反的特性，用來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的碼間串?dāng)_。均衡可分為頻域均衡和時域均衡時域均衡：使總的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_的條件，多用于數(shù)字信道。頻域均衡：使總的傳遞函數(shù)（信道傳遞函數(shù)和均衡器傳遞函數(shù)）滿足無失真?zhèn)鬏敽瘮?shù)的條件，多用于模擬通信。自適應(yīng)均衡器兩種工作模式:訓(xùn)練模式和跟蹤模式。為了保證能有效地消除碼間串?dāng)_，需要周期性地作重復(fù)訓(xùn)練。均衡器常被放在接收機的基帶或中頻部分實現(xiàn)2.5.4

均衡基礎(chǔ)(FundamentalsofEqualization)2.5.4

均衡基礎(chǔ)應(yīng)用例子(AnApplicationExample)

通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中的自適應(yīng)均衡器框圖32.5.4

均衡原理（1）通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中的自適應(yīng)均衡器理論分析均衡器的期望輸出值為原始信息x(t)。則h(t)必須滿足下式：（1）均衡器的目的就是實現(xiàn)式(1)，其頻域表達式如下：（2）發(fā)送濾波器信道接收濾波器均衡器x(t)f(t)z(t)f(t)h(t)heq(t)

2.5.4均衡原理（2）通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中的自適應(yīng)均衡器理論分析式（2

）的物理意義：將經(jīng)過信道后的信號中頻率衰落大的頻譜部分進行增強，衰落小的部分進行削弱，以使所收到頻譜的各部分衰落趨于平坦，相位趨于線性。===》均衡器實際上是傳輸信道的反向濾波器。由于理想基帶傳輸系統(tǒng)是按Nyquist第一準(zhǔn)則建立，其發(fā)送和接收濾波的傳輸函數(shù)是以Nyquist取樣頻率fs為中心的的對稱滾降函數(shù)。所以理想信道的沖擊響應(yīng)是h(t)，非理想（失真）信道的沖擊響應(yīng)是f(t)

。原理說明信道失真和信道均衡h（t）為理想的沖激響應(yīng),在Nyquist取樣時刻，h（kTn）=0（k≠0）。f（t）在Nyquist取樣時刻，f（kTn）≠0（k≠0），從而形成碼間串?dāng)_。時域均衡的目的就是使經(jīng)過均衡器的總沖激響應(yīng)趨近h（t），以到達消除非理想信道引起的碼間串?dāng)_。

2.5.4

均衡原理（3）h（t）f（t）tf0f1f-1f-2f22.5.4

均衡算法（1）原理說明時域均衡

若f（t）是均衡器接收信號的脈沖響應(yīng)，而z（t）是經(jīng)過均衡器輸出的總脈沖響應(yīng)，則有：

（3）其中，heq（t）是均衡器的脈沖響應(yīng)。若令heq（t）為：

（4）其中T=1/fN，fN為Nyquist取樣頻率，Ck為加權(quán)系數(shù)。所以總脈沖響應(yīng)可寫為：

（5）2.5.4

均衡算法（2）原理說明時域均衡

可見，引入均衡器后，輸出波形z（t）為輸入波形f（t）經(jīng)過2N+1個不同時延的加權(quán)和。當(dāng)t=nT時，有

（7）或簡寫為式中fn-k表示以n為中心前后第k個符號在取樣時刻t=nT時對第n個符號造成的碼間串?dāng)_。所以均衡的過程就是調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)Ck(k=0)使下式成立。（8）（6）2.5.4

均衡算法（3）原理說明時域均衡

若用橫向濾波器實現(xiàn)均衡器，則如右圖所示：

問題：（1）如何產(chǎn)生系數(shù)序列{Ck}？====》均衡器的主要工作，即各種均衡算法。

（2）如何使得{Ck}隨信道變化而變化？====》自適應(yīng)均衡算法。yk圖3.42.5.4

均衡算法（4）均衡準(zhǔn)則與算法(EqualizationCriterionsandAlgorithms)均衡算法：調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)以實現(xiàn)均衡的方法均衡準(zhǔn)則：根據(jù)符號間干擾為最小來獲得加權(quán)系數(shù)Ck最小峰值失真準(zhǔn)則：使干擾的峰值最小，消除取樣點的符號干擾。

最小均方誤差準(zhǔn)則：使均衡器期望輸出值dk與實際輸出值的誤差ek=dk-的均方值最小，使輸出趨于理想的響應(yīng)。常常最小均方（LMS）算法通過下列疊代操作來尋找最優(yōu)的或接近最優(yōu)的加權(quán)值：新權(quán)重=原先權(quán)重+常數(shù)*預(yù)測誤差*當(dāng)前輸入向量其中預(yù)測誤差=期望輸出值-實際預(yù)測輸出值2.5.4

均衡技術(shù)分類(SurveyofEqualizationTechniques)均衡技術(shù)分類按均衡器傳遞函數(shù)分為線性均衡非線性均衡按均衡器結(jié)構(gòu)分為橫向格型橫向信道預(yù)測按均衡器權(quán)重更新依據(jù)LMS:最小均方誤差算法RLS：遞推最小二乘算法2.5.4

均衡技術(shù)（1）(EqualizationTechniques)線性均衡概念：均衡器的輸出未應(yīng)用于均衡器的反饋邏輯中線性均衡器形式：橫向濾波器或格型濾波器優(yōu)點數(shù)值穩(wěn)定性好復(fù)雜度低缺點當(dāng)信道衰落嚴(yán)重不均時（即信道存在零點或深衰落時），性能不佳。原因：當(dāng)出現(xiàn)深衰落時，線性均衡器會對該段頻譜及近旁產(chǎn)生很大的增益，從而增加了該段頻譜的噪聲。橫向濾波器結(jié)構(gòu)（11）數(shù)學(xué)表達式：（9）圖3.62.5.4

均衡技術(shù)（2）(EqualizationTechniques)橫向濾波器結(jié)構(gòu)

2.5.4均衡技術(shù)（3）(EqualizationTechniques)均衡技術(shù)分類(SurveyofEqualizationTechniques)非線性均衡概念：均衡器的輸出被應(yīng)用于反饋邏輯中并影響了均衡器的后續(xù)輸出。形式：判決反饋均衡器、最大似然符號檢測均衡器和最大似然序列估值均衡器。優(yōu)點：當(dāng)頻譜衰落嚴(yán)重不均時，判決反饋濾波器仍能工作。缺點：復(fù)雜度高。判決反饋均衡結(jié)構(gòu)機理：以判決反饋均衡器為例后饋濾波器由檢測器的輸出驅(qū)動，其系數(shù)可被調(diào)整以消除先前符號對當(dāng)前符號的干擾。圖3.7（12）數(shù)學(xué)表達式：2.5.4

自適應(yīng)均衡器(AdaptiveEqualizer)基本結(jié)構(gòu)框圖圖3.8自適應(yīng)均衡器的基本結(jié)構(gòu)與工作方式

基本結(jié)構(gòu)（判決反饋型）2.5.4

自適應(yīng)均衡(AlgorithmsforAdaptiveEqualization)訓(xùn)練模式：在最小均方誤差準(zhǔn)則下，抽頭系數(shù)加權(quán)算法是使均衡器輸出的估值與所訓(xùn)練序列的誤差ek的均方值為最小。判決模式（跟蹤模式）：誤差ek為基于均衡器輸出估計值與其判決值的之差，相應(yīng)使得該誤差的均方值為最小。

盲算法：不需要在傳送時附加訓(xùn)練序列，就可使均衡器收斂前饋濾波器反饋濾波器判決器自適應(yīng)算法Σ輸出序列訓(xùn)練序列Σ—+輸入

2.5.4自適應(yīng)均衡(AlgorithmsforAdaptiveEqualization)自適應(yīng)均衡器的結(jié)構(gòu)與工作方式

基本工作過程首先，發(fā)射機發(fā)射一個已知的、定長的訓(xùn)練序列，以便接收機處的均衡器可以作出正確的設(shè)置。緊跟在訓(xùn)練序列之后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。在接收用戶數(shù)據(jù)時，用均衡器補償信道后判決得出所需數(shù)據(jù)。用自適應(yīng)算法周期性地重復(fù)訓(xùn)練均衡器，以跟蹤不斷變化的信道。2.5.4

自適應(yīng)均衡(AlgorithmsforAdaptiveEqualization)自適應(yīng)算法的性能指標(biāo)(ThePerformanceofAnAlgorithm)收斂速度:系指對于恒定輸入，當(dāng)?shù)惴ǖ牡Y(jié)果已經(jīng)充分接近最優(yōu)解時，算法所